¿Ayudará esta tecnología de Nueva Zelanda a hacer que el clima

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El hidrógeno verde se ha convertido en un foco creciente de la "transición justa" de Nueva Zelanda lejos del petróleo y el gas porque se puede crear de manera sostenible, utilizando energía renovable o biomasa. Foto / 123rf

Se ha promocionado como una forma respetuosa con el medio ambiente de generar electricidad, impulsar motores y fabricar fertilizantes, y ahora, una nueva empresa derivada de Kiwi está llevando su tecnología de hidrógeno verde al mundo.

La fuente de energía limpia se ha convertido en un foco creciente de la "transición justa" de Nueva Zelanda lejos del petróleo y el gas porque se puede crear de manera sostenible, utilizando energía renovable o biomasa.

Si bien el hidrógeno se produce en todo el mundo, casi todo es hidrógeno "marrón", o el hecho de carbón y gas natural, que es la fuente de cientos de millones de toneladas de emisiones de CO₂ cada año.

Pero el hidrógeno verde se puede producir mediante el uso de electrólisis a partir de fuentes de energía renovables, dejando una pequeña huella de carbono.

Sin embargo, con esa promesa surgen problemas: a saber, problemas en la cadena de suministro, costos crecientes y escasez de minerales en bruto que dificultan su asequibilidad y disponibilidad.

Esos son desafíos que la primera empresa emergente de tecnología profunda de hidrógeno de Nueva Zelanda, y la primera empresa derivada de GNS Science, propiedad de Crown, pretendía abordar.

La gerente de asociaciones comerciales y comerciales de GNS, Sheena Thomas, dijo que, según la Agencia Internacional de Energía (AIE), se proyectó que la demanda de hidrógeno verde casi se duplicaría a 180 megatoneladas (Mt) para 2030.

"En este momento, se utilizan casi 100Mt de hidrógeno cada año que se produce a partir de combustibles fósiles, por lo que es un problema urgente que abordar".

En el corazón de la nueva empresa, denominada Bspkl y respaldada por la incubadora WNT Ventures, se encontraba una tecnología desarrollada localmente que permitía producir suficientes electrolizadores para satisfacer la demanda.

"Esto abre enormes posibilidades para descarbonizar industrias clave como la aviación, el transporte marítimo y el acero, que son extremadamente difíciles de electrificar".

Entonces, ¿cómo funcionó la nueva tecnología?

El director técnico de Bspkl, el Dr. Jerome Leveneur, explicó que casi todo el hidrógeno del mundo se produjo a través de un proceso llamado craqueo de metano, responsable de aproximadamente el 2 por ciento de las emisiones globales de carbono.

"El hidrógeno juega un papel muy importante en el apoyo de nuestra vida cotidiana, pero necesitamos encontrar una manera de hacerlo limpio y sostenible", dijo Leveneur, científico de materiales de haces de iones de GNS.

Mediante la electrólisis, el hidrógeno podría fabricarse a partir del agua utilizando electricidad, y el proceso podría ser completamente renovable cuando se conecta a fuentes de energía como la solar, la eólica y la geotérmica.

Podríamos pensar en los electrolizadores como una cebolla, con muchas capas de piezas apiladas juntas.

Un enfoque bien establecido llamado electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) se basó en una membrana, un ánodo y un cátodo.

"En el ánodo, las moléculas de agua se dividen en iones de hidrógeno cargados positivamente y los átomos de oxígeno se recombinan en una molécula de O₂, el oxígeno que respiramos", dijo Leveneur.

"Los iones de hidrógeno pasan a través de la membrana y se combinan con electrones en el cátodo, formando hidrógeno gaseoso".

Si bien los electrolizadores PEM fueron ampliamente reconocidos como la forma más eficiente de fabricar hidrógeno sostenible, su dependencia de elementos raros y finitos siguió siendo un gran inconveniente para escalar la tecnología.

Para ayudar a superar ese obstáculo, Bspkl ofreció una innovación inventada por Leveneur: un tipo mejorado de un componente crítico para los electrolizadores PEM llamado membrana recubierta de catalizador (CCM).

"Una membrana está recubierta por ambos lados con una capa delgada de partículas de catalizador, típicamente platino e iridio", explicó.

"Las partículas de catalizador deben dispersarse uniformemente y unirse a la superficie de la membrana de intercambio de protones, lo que permite reacciones electroquímicas eficientes y rápidas.

"Sin un catalizador, el electrolizador necesitaría mucha más electricidad para producir hidrógeno".

Y para producir CCM para electrolizadores, dijo, se requería mucho material catalizador como platino e iridio.

"Mientras que el platino es caro, el problema con los electrolizadores PEM radica en el iridio", dijo.

"El iridio no está fácilmente disponible ya que se produce como un subproducto de la refinación de otros metales".

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A nivel mundial, se estimó que solo se producían siete toneladas cada año.

"Para producir suficiente hidrógeno limpio para no solo reemplazar nuestro uso actual de hidrógeno, sino también prepararnos para los usos emergentes del hidrógeno, como en el transporte y el calor industrial, necesitamos poder fabricar alrededor de 26 gigavatios de electrolizadores PEM por año", dijo Leveneur. dicho.

"Para poner eso en perspectiva, desde que los electrolizadores se inventaron por primera vez a principios del siglo XX, a nivel mundial, solo se han fabricado alrededor de ocho gigavatios".

Alcanzar ese objetivo de 26 gigavatios probablemente requeriría entre 30 y 40 toneladas de iridio cada año.

"Con los enfoques actuales para producir CCM, ese volumen simplemente no es sostenible".

La tecnología de fabricación de Bspkl produjo un CCM con las cargas de iridio más bajas conocidas, manteniendo su eficiencia de rendimiento.

"La reducción de las 'cargas' de iridio y platino que logra Bspkl es a través de la implantación de iones", dijo.

"En pocas palabras, esto significa que el catalizador está 'moteado' en el material de la membrana, de ahí el nombre Bspkl, que se pronuncia 'bespeckle'".

Antes de 2020, la producción de hidrógeno mediante electrólisis no se consideraba comercialmente viable porque era mucho más barato producir hidrógeno utilizando gas natural.

Pero, con el anuncio del Acuerdo Verde Europeo, la Ley de Reducción de la Inflación en los Estados Unidos y la guerra entre Rusia y Ucrania, la necesidad del hidrógeno limpio como fuente de combustible sostenible había "explotado".

"El impacto de este rápido aumento del hidrógeno limpio para los fabricantes de electrolizadores ha sido significativo".

En lo que una vez fue esencialmente una industria artesanal, ahora se estaban construyendo "gigafábricas" para fabricar electrolizadores en todo el mundo.

"Esto significa que existe una gran necesidad de automatización y fabricación a gran escala que no existía hace tres años", dijo Leveneur.

"Cuando combina una necesidad intensa, una gran oportunidad de mercado y el apoyo del gobierno, impulsa la innovación".

El enfoque de fabricación propio de Bspkl había sido diseñado a escala, con la capacidad de producir grandes volúmenes de CCM.

"Las innovaciones como Bspkl son importantes para crear un nuevo futuro de energía limpia", dijo Thomas.

"El equipo de ciencia de materiales de GNS Science, que incluía a Jerome, ha estado y continúa estando involucrado en un programa de varios años para hacer que la producción, el almacenamiento y el transporte de hidrógeno verde sean más baratos y eficientes".

El lanzamiento de la compañía sigue a Halcyon Power que abrió la primera planta de hidrógeno verde de Nueva Zelanda cerca de Taupō a fines de 2021, con el objetivo final de completar una cadena de suministro que incluye infraestructura de transporte, almacenamiento en el sitio y reabastecimiento de combustible.

La hoja de ruta H2 Taranaki de exploración del horizonte de 2019 ya había pronosticado que el hidrógeno se producirá cada vez más utilizando electricidad para dividir el agua, con la única emisión de oxígeno.

El informe encontró que el hidrógeno podría utilizarse como combustible, particularmente para vehículos pesados, como materia prima para productos como la urea o el metanol, o para almacenar energía eléctrica durante largos períodos de tiempo, desde semanas hasta años.

Una nueva red podría incluir el almacenamiento de hidrógeno o gas natural sintético en campos de gas agotados, dijo, y la generación de electricidad utilizando hidrógeno verde en las plantas pico de gas de Taranaki.

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